2023年基于FDS的車廂火災(zāi)煙氣流動(dòng)的數(shù)值模擬分析

第基于FDS的車廂火災(zāi)煙氣流動(dòng)的數(shù)值模擬分析

#183;50#183;

工業(yè)安全與環(huán)保

IndustrialSafetyandEnvironmentalProtection

June202x

202x年第38卷第6期

基于FDS的車廂火災(zāi)煙氣流動(dòng)的數(shù)值模擬分析

葛江

(西南交通大學(xué)交通運(yùn)輸與物流學(xué)院成都610031)

摘要使用FDS火災(zāi)模擬軟件對(duì)列車車廂進(jìn)行火災(zāi)模擬,得到車廂內(nèi)溫度與煙氣濃度隨時(shí)間變化的規(guī)律,計(jì)算出臨界溫度與臨界可視距離出現(xiàn)的時(shí)間,發(fā)現(xiàn)在車廂火災(zāi)中,總是煙氣濃度先達(dá)到臨界點(diǎn)。車廂火災(zāi)的疏散防控措施中,控制煙氣濃度應(yīng)是重點(diǎn)工作。關(guān)鍵詞車廂火災(zāi)煙氣流動(dòng)

AnalysisonNumericalSimulationtoFireSmokeFlowinTrainCompartmentBasedonFDS

GEJiang

(SchoolofTransportationandLogistics,SouthwestJiaotongUniversityChengdu610031)

AbstractInthisarticleFDSfiresimulationsoftwareisappliedforfiresimulationoftrains,insidetemperatureandgascon-centrationvariationruleswithtimechangeareobtainedandthetimeofcriticaltemperatureandcriticalvisualdistanceap-pearanceiscalculated,findingoutthattheconcentrationofsmokealwaysfirstlyreachthecriticalpoint.Sothemostimpor-tantthingincompartmentfirepreventionshouldbethecontrolofsmokeconcentration.KeyWordstrainfiresmokeflow

0引言

列車是我國(guó)長(zhǎng)途客運(yùn)的主要交通工具。列車車廂內(nèi)的相對(duì)封閉性、人員密集性,使得對(duì)車廂內(nèi)有嚴(yán)格的通風(fēng)防火要求。然而,車廂內(nèi)的沙發(fā)座椅、窗簾以及旅客攜帶的報(bào)紙、行李等易燃可燃物質(zhì)極多,隨時(shí)可能發(fā)生火災(zāi),尤其是空調(diào)車廂,幾乎處于全封閉狀態(tài),極易造成重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。因此對(duì)于列車車廂的火災(zāi)防控越來(lái)越重要。

在一般建筑空間結(jié)構(gòu)中,有毒有害煙霧的危險(xiǎn)性大于高溫的危險(xiǎn)性[1-2]。因此研究了解車廂內(nèi)火災(zāi)的煙氣特性與溫度分布規(guī)律,分析究竟是高溫還是煙氣是主要危險(xiǎn)源,對(duì)于事故車廂的人員疏散,車廂火災(zāi)防控的重點(diǎn)方向具有重要意義。本文利用FDS火災(zāi)模擬軟件對(duì)YZ25k型硬座列車車廂中具有代表意義的火災(zāi)工況進(jìn)行模擬,對(duì)車廂內(nèi)煙氣的流動(dòng)與溫度場(chǎng)規(guī)律進(jìn)行分析,確定了車廂火災(zāi)的主要危險(xiǎn)源。

1場(chǎng)景設(shè)計(jì)與臨界數(shù)值1.1場(chǎng)景設(shè)計(jì)

空調(diào)列車車廂是一個(gè)四面封閉的狹窄空間,一般中間為旅客間,兩頭有洗手間、電熱水間等設(shè)置且與別的車廂首尾相連,連接處有隔離門。在車廂連,人員的危險(xiǎn)較小。而在旅客室發(fā)生火災(zāi),煙氣直接在人群中擴(kuò)散,危害較大。旅客室的沙發(fā)座椅、窗簾、行李容易因煙頭等不經(jīng)意的過(guò)失引發(fā)火災(zāi)。

對(duì)于極小規(guī)模的火源,旅客和列車乘務(wù)員可以自行撲滅控制,不構(gòu)成火災(zāi),但是一旦控制不力,火災(zāi)發(fā)展擴(kuò)大,就需要疏散整節(jié)車廂,這時(shí)的煙氣規(guī)律研究就顯得尤為重要。就火源位置來(lái)說(shuō),列車中部的火源最具代表意義,它與兩個(gè)出口的距離相等。

因此,本文模擬列車車廂中間的座椅被引燃,整個(gè)沙發(fā)座椅處于燃燒之中的情況。1.2臨界數(shù)值

根據(jù)前人的研究[3],溫度大于65℃時(shí)人就會(huì)感到極度不適,考慮到車廂內(nèi)空間不大,不擁擠的時(shí)候人可以在短時(shí)間內(nèi)逃出,本文取50℃為臨界溫度。

在簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)空間中人員可視距離小于5m時(shí),很難辨別出正確的方向,考慮到車廂結(jié)構(gòu)的極度簡(jiǎn)單性,本文取3m為臨界可視距離,即認(rèn)為可視距離小于3m時(shí),人員無(wú)法疏散逃出。2模型2.1物理模型

根據(jù)文獻(xiàn)[4-5]提供的數(shù)據(jù),進(jìn)行適當(dāng)?shù)膬?yōu)化后,建立了YZ25k硬座列車車廂旅客室的模型。

m,.9,高2,

個(gè)0.9m#215;2m的門與外界聯(lián)通,車廂頂部有對(duì)稱于車廂中軸線、貫穿整個(gè)旅客室的送風(fēng)縫,寬度為1.4cm。車廂內(nèi)兩邊墻上高1.95m處各有兩個(gè)寬0.5m的行李架。車廂定員118人,設(shè)置24排沙發(fā)座椅。火源在第12和13排的一邊座椅上。整個(gè)座椅燃燒,此時(shí)的燃燒相對(duì)穩(wěn)定,綜合考慮各種因素后[3,6],設(shè)置固定功率為0.4MW。模型建立如圖1,中間淺色所示為火源處。模擬這個(gè)座椅被燃燒的情況,其表面全部燃燒。

3.1溫度

溫度場(chǎng)的對(duì)稱性如圖3所示,由于車廂結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性,整個(gè)車廂的溫度場(chǎng)是相對(duì)于中間位置火源對(duì)稱的,橫向上溫度由火源點(diǎn)向兩頭線性展開,縱向上上層溫度較熱,下層較冷,有明顯的分層現(xiàn)象。因此,取車廂一半來(lái)研究是科學(xué)合理的

。

圖1車廂模型

2.2邊界條件

環(huán)境溫度設(shè)置為25℃,兩端門為開口設(shè)計(jì),處于自然通風(fēng)狀態(tài),車廂有較好的保暖性,所以車廂墻取熱厚性,送風(fēng)縫送風(fēng)速度為2m/s[5]。

2.3監(jiān)測(cè)點(diǎn)及火源設(shè)置

由于車廂的對(duì)稱性,所以本文僅在車廂的一半設(shè)置了監(jiān)測(cè)點(diǎn),如圖2所示,在A、B、C、D、E點(diǎn),高1.7m的位置,中軸線上設(shè)立溫度、可視距離、煙氣流動(dòng)速度的監(jiān)測(cè)點(diǎn),且在車廂中軸線上設(shè)置切片監(jiān)測(cè),在F點(diǎn)的座位上設(shè)置了火源。

圖3

車廂中軸線溫度場(chǎng)切片

使用origin軟件處理數(shù)值模擬結(jié)果后,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)測(cè)的溫度隨時(shí)間曲線如圖4所示

。

圖4各監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度隨時(shí)間變化曲線

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)的溫度隨離火源點(diǎn)的距離遠(yuǎn)近先后上

圖2監(jiān)測(cè)點(diǎn)與火源位置

升。這是因?yàn)闊醾鬟f需要一定的時(shí)間。溫度升溫后經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的波動(dòng),趨于穩(wěn)定。越靠近火源點(diǎn)的

監(jiān)測(cè)點(diǎn)溫度波動(dòng)越大,這是由于火源的波動(dòng)干擾造成的。

各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)在波動(dòng)中上升,各監(jiān)測(cè)點(diǎn)第一次到達(dá)臨界點(diǎn)的時(shí)間見(jiàn)表1。

3結(jié)果分析

對(duì)于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的命名,如D點(diǎn),用U-1.7-6.0表示,1.7表示高度1.7m,6.0表示其距離左端(A點(diǎn))6m,即距離車廂中心即火源點(diǎn)3.6m遠(yuǎn)的監(jiān)測(cè)點(diǎn),其余各監(jiān)測(cè)點(diǎn)與此類似。

表1

監(jiān)測(cè)點(diǎn)時(shí)間/s

U-1.7-8.04.2031443

U-1.7-6.08.1161564

各監(jiān)測(cè)點(diǎn)第一次達(dá)到臨界溫度的時(shí)間

U-1.7-4.09.312359

U-1.7-2.017.118682

U-1.7-0.012.007928

如表1所示,越靠近火源的地方到達(dá)臨界點(diǎn)的時(shí)間越短,這是因?yàn)闊醾鬟f需要一定的時(shí)間,所以較遠(yuǎn)的地方溫度的改變有一定的滯后性,最后一個(gè)點(diǎn)不符合規(guī)律是因?yàn)樵诔隹谔?受外界影響較大,并不完全是火源